一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域。

背景技术：

国家《“十二五”危险废物污染防治规划》明确提出“要加强重金属危险废物无害化利用和处置，以湖南、云南、广东、广西为重点，加强含镉、含砷等危险废物的无害化利用和处置，推动有色金属冶炼危险废物利用处置基地建设”，重金属污染防治仍是十三五规划的重中之重。锌冶炼锌冶炼危险废物是锌冶炼过程中和酸性废水产生的锌冶炼危险废物，产生量大，含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属，属于危险废物(HW48)，对环境具有很大危害。目前对冶炼锌冶炼危险废物主要采用堆存、填埋、固化、高温水淬等处置方式，堆存和填埋处置存在地下水和土壤污染等安全隐患。固化处理技术是使锌冶炼危险废物与固化剂发生反应，将锌冶炼危险废物中的重金属固定于固化剂内，从而实现无害化，常用固化剂为水泥和化学药剂(如亚铁盐、螯合剂等)。水泥窑协同处置、矿物聚合物进行固化处理等也是有效的处理方式。然而，上述所涉及的现存工艺技术存在产品附加值低和二次污染的风险隐患。

微晶玻璃广泛应用于机械、电子、航天、化工防腐、矿山、道路、建筑、医学等方面，其中建筑装饰材料是其重要应用方面之一。利用固废制备微晶玻璃装饰材料，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的装饰材料，而且还为固废的资源化提供一种新途径。经过多年的研究，目前已有以炉渣、尾矿、灰渣、赤泥等为主要原料生产微晶玻璃装饰板的相关报道。

利用固废制备微晶玻璃，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的建筑装饰材料，而且还为固废的资源化提供一种新途径。微晶玻璃传统制备方法采用电或者燃料直接作为热源进行熔制，该方法升温速率较慢，热利用率低，能耗相对较高，并且加热过程表面和内部易出现温度梯度导致样品结构不均匀，产品可能出现结构缺陷。采用微波热源可以有效的克服传统加热的问题，有效地优化微晶玻璃的内部组织结构，从而制备出具性能优良的高附加值微晶玻璃。同时，利用微波的介电加热作用促进结晶是一种新型合成方法。据报道，采用微波技术与传统的结晶效果相比，微波法能同时大量成核且能大幅度缩短晶化时间，获得均匀细小的晶粒，可无需成核保温阶段，并有效的促进析晶。

本发明基于采用微波加热方式，结合微晶玻璃制备工艺技术，实现锌冶炼危险废物高效、低耗无害化、资源化。

技术实现要素：

本发明针对现有锌冶炼危险废物处理处置技术存在产品附加值低和二次污染的风险隐患等问题，提出了采用微波法制备锌冶炼危险废物微晶玻璃的技术，实现锌冶炼危险废物高效、低耗的无害化、资源化处理。

为解决以上技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

所述的锌冶炼危险废物微晶玻璃包括以下原料组分：危险废物和辅料，所述的辅料为SiO₂、Al₂O₃、Na₂CO₃、晶核剂和其他，各原料的含量为危险废物45-70wt％、SiO₂25-40wt％、Al₂O₃3-7wt％、Na₂CO₃2-6wt％、晶核剂0-5wt％、着色剂＜5wt％。

进一步，所述的危险废物为含有Pb、Zn、Cd、Hg、As重金属的污泥。

进一步，所述的SiO₂可为石英砂、硅粉等SiO2含量大于80％原料。

进一步，所述的锌冶炼危险废物微晶玻璃的制备方法包括以下具体步骤：

(1)预处理：采用微波分别对危险废物和辅料进行干燥，对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛；

(2)配料、混料：取筛下物进行配料和混料得到混合物；

(3)玻璃化：对混合物采用微波加热的方式高温熔制玻璃进行玻璃化处理；

(4)微晶化：继续采用微波对高温玻璃液进行微晶化，采用微波控制热态玻璃液降温速度＜2℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品。

进一步，在步骤(1)预处理中，危险废物干燥微波输出功率范围为800W-1500W，干燥时间为10-30min；辅料的干燥微波输出功率范围为400W-850W，干燥时间为5-15min。

进一步，在步骤(1)预处理中，过筛目数为160-200目。

进一步，在步骤(3)玻璃化中，对危险废物升温至1200-1400℃保温30-60min进行玻璃化处理。

进一步，步骤(1)、(3)、(4)所述的微波加热为直接微波加热和辅助微波加热结合。

本发明的有益效果：

(1)采用微波干燥工艺可以有效的降低能耗，缩减干燥时间，提升干燥效率，并且通过预处理可去除水分，并且对物料进行预热，可以保证有价金属的回收效率、工艺的稳定性和避免微波炉和收尘设备腐蚀；

(2)结合原料本身的吸波物质促进微波直接热和碳化硅或石墨反应器进行辅助微波加热两种加热方式保证加热效率，可以有效解决波加热过程其原料吸波性能差的问题；

(3)对锌冶炼危险废物进行玻璃化和微晶化可以获取微晶玻璃产品，可以充分资源化危险废物中的有价组分；同时微晶玻璃可以将危险废物中的重金属有效的固定于微晶玻璃的晶格中，避免二次污染问题，实现了无害化和资源化；

(4)本发明基于微波促进热态玻璃液成核、析晶，采用微波控制热态玻璃液降温速度＜2℃/min降至常温，该过程无需核化、晶化保温处理即获得微晶玻璃产品，显著缩短工艺流程，节约了能耗。

综上，该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，具有显著的社会效益和经济价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的微晶玻璃产品的XRD图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域对照技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

所述一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂1的锌冶炼危险废物(其成分分析结果列于表1)和辅料，危险废物干燥微波输出功率为1200W，干燥时间为15min；辅料的干燥微波输出功率范围为500W，干燥时间为8min。对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛，过筛目数180目，取筛下物采用表2配比进行配料、混料。

表1锌冶炼危险废物成分分析表

表2配比1#

(2)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1250℃保温45min进行玻璃化制备；

(3)微晶化：以0.8℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品。

本实施例获得的微晶玻璃成品性能指标如表3所示，产品性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业标准，其浸出毒性见表4，数据表明浸出毒性远低于中国《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》规定的浸出液限制浓度。微晶玻璃的产品XRD图见图2，由图2可知，微晶玻璃产品就要较强的衍射峰，其晶体析出效果良好。

表3微晶玻璃性能指标

表4微晶玻璃浸出毒性表

从表3可看出，实施例1所制备的微晶玻璃性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业标准，并且性能指标较优于现有的危险废物微晶玻璃；从表4可看出，实施例1所制备的微晶玻璃浸出毒性远低于中国《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》规定的浸出液限制浓度。

实施例2

所述一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂2的锌冶炼危险废物(其成分分析结果列于表5)和辅料，干燥危险废物微波输出功率范围为1500W，干燥时间为10min；辅料的干燥微波输出功率范围为850W，干燥时间为5min。对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛，过筛目数200目，取筛下物采用表6配比进行配料、混料。

表5锌冶炼危险废物成分分析表

表6配比2#

(2)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1200℃保温60min进行玻璃化制备；

(3)微晶化：以0.6℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品，其性能见表7。

表7微晶玻璃性能指标

表8微晶玻璃浸出毒性表

从表7、8可看出，本实施例2所制备的微晶玻璃性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业及浸出毒性标准，并且性能指标较优于现有的危险废物微晶玻璃；

实施例3

所述一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂3的锌冶炼危险废物(其成分分析结果列于表9)和辅料，干燥危险废物微波输出功率范围为800W，干燥时间为10min；辅料的干燥微波输出功率范围为600W，干燥时间为10min。对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛，过筛目数200目，取筛下物采用表10配比进行配料、混料。

表9锌冶炼危险废物成分分析表

表10配比3#

(2)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1300℃保温45min进行玻璃化制备；

(3)微晶化：以1.5℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品，其性能见表11、进出毒性见表12。

表11微晶玻璃性能指标

表12微晶玻璃浸出毒性表

从表11、12可看出，本实施例3所制备的微晶玻璃性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业及浸出毒性标准，并且性能指标较优于现有的危险废物微晶玻璃。

实施例4

所述一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂4的锌冶炼危险废物(其成分分析结果列于表13)和辅料，干燥危险废物微波输出功率范围为1200W，干燥时间为20min；辅料的干燥微波输出功率范围为500W，干燥时间为12min。对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛，过筛目数160目，取筛下物采用表14配比进行配料、混料。

表13锌冶炼危险废物成分分析表

表14配比4#

(2)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1400℃保温35min进行玻璃化制备基础玻璃；

(3)微晶化：以降温速度1.2℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品。

实施例5

所述一种锌冶炼危险废物微晶玻璃及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂5的锌冶炼危险废物(其成分分析结果列于表15)和辅料，干燥危险废物微波输出功率范围为1100W，干燥时间为26min；辅料的干燥微波输出功率范围为700W，干燥时间为6min。对干燥后的危险废物和辅料进行球磨过筛，过筛目数200目，取筛下物采用表16配比进行配料、混料。

表15锌冶炼危险废物成分分析表

表16配比5#

(2)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1300℃保温30min进行玻璃化制备；

(3)微晶化：以1℃/min降至常温，即获得微晶玻璃产品。

本发明采用微波干燥工艺可以有效的降低能耗，缩减干燥时间，提升干燥效率，并且通过预处理可去除水分，并且对物料进行预热，可以保证有价金属的回收效率、工艺的稳定性和避免微波炉和收尘设备腐蚀；结合原料本身的吸波物质促进微波直接热和碳化硅或石墨反应器进行辅助微波加热两种加热方式保证加热效率，可以有效解决波加热过程其原料吸波性能差的问题；对锌冶炼危险废物进行玻璃化和微晶化可以获取微晶玻璃产品，可以充分资源化危险废物中的有价组分；同时微晶玻璃可以将危险废物中的重金属有效的固定于微晶玻璃的晶格中，避免二次污染问题，实现了无害化和资源化；本发明基于微波促进热态玻璃液成核析晶，采用微波控制热态玻璃液降温速度＜2℃/min降至常温，该过程无需核化、晶化保温处理即获得微晶玻璃产品，显著缩短工艺流程，节约了能耗。该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，具有显著的社会效益和经济价值。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。